Bij een belangrijke doorbraak wetenschappers van het Tata Institute of Fundamental Research (TIFR), Bombay, hebben een krachtige stralingsbron bedacht in het terahertz (THz) gebied van het elektromagnetische spectrum. Deze studie, gedaan in samenwerking met laboratoria in Griekenland en Frankrijk, wordt gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie op 30 okt, 2017.

De zoektocht naar nieuwe en helderdere stralingsbronnen is een voortdurende zoektocht in wetenschap en technologie. Hoewel er veel bronnen zijn in het hele elektromagnetische spectrum, het terahertz-gebied (geklemd tussen het infrarood/optisch en het microgolfgebied) is een uitdaging, en het is pas in de laatste 20 jaar dat bronnen beschikbaar zijn gekomen. Krachtige terahertz-straling wordt doorgaans alleen geproduceerd in grote, complexe machines zoals vrije elektronenlasers. Compacte bronnen die vertrouwen op halfgeleiderantennes en speciale kristallen die worden opgewekt door zichtbare/infrarode femtoseconde laserpulsen hebben een zeer beperkte energie-output, meestal in het nanojoule (miljardste van een joule) niveau of lager. Voor veel toepassingen zijn ze niet bruikbaar. Echter, krachtige femtoseconde-lasers kunnen terahertz-emissies opwekken die duizend keer sterker zijn uit een plasma dat onder speciale omstandigheden in de lucht wordt gevormd.

Voor een lange tijd, onderzoekers hebben geloofd dat vloeistoffen geen significante terahertz-straling kunnen afgeven omdat ze efficiënt alles zouden absorberen wat er werd gegenereerd. Nog, hier zijn de TIFR-onderzoekers succesvol gebleken. In hun experimenten, ze bestraalden gewone laboratoriumvloeistoffen zoals methanol, aceton, dichloorethaan, koolstofdisulfide en zelfs water, met matige energie femtoseconde laserpulsen, het ioniseren van de vloeistof en het vormen van lange plasmakanalen die filamenten worden genoemd. Ze maten energieën tot wel 50 microjoule, duizenden keren groter dan de energie die wordt uitgestraald door de meeste bestaande bronnen en 10 tot 20 keer groter dan die uit lucht. Hun zorgvuldige karakterisering en systematische studie toonden aan dat de experimentele omstandigheden eenvoudiger waren dan die nodig zijn voor lucht. De essentie van dit model is dat de femtoseconde laserpuls secundaire emissies in de vloeistof induceert die dan gecombineerd worden met de invallende laserpuls om de waargenomen terahertz-straling te produceren.

De TIFR-onderzoekers zijn optimistisch over de toepassingen van hun vloeibare bron, de helderste onder compacte, tafelblad bronnen. Ze voorzien veel toepassingen in terahertz-beeldvorming, materiaal analyse, explosievendetectie en terahertz niet-lineaire optica. Deze nieuwe bron vergroot zeker de voorraad terahertzstraling.